TWI591290B - Method for manufacturing LED bulbs with graphene filaments - Google Patents

Description

製造具石墨烯燈絲之LED燈泡的方法

本發明係有關一製造LED燈泡之法，特別是有關一製造具石墨烯燈絲之LED燈泡的方法。

一習用之燈泡被揭示於公美國公開號20140211475且包括：一發光模組；一散熱載體，其包括一第一表面，及一相對於所述第一表面之第二表面，所述散熱載體設置在所述發光模組下方，用於傳導由發光模組所傳送之熱量；及一設置在所述散熱載體上，用於散發散熱載體之熱量，其中，所述散熱材料塗佈在所述散熱器表面，可包括含碳化合物，如碳化矽，石墨，金屬氧化物，如氧化鋅，或III-氮化物化合物，如氮化硼。然而，因高功率LED燈泡，需要產生足夠的光用於照明，而非方向燈，所述散熱設計不充分，而使散熱載體增大，成為重金屬熱表面，且需要更有效率的熱傳播材料。LED燈泡的熱管理之改進會增加燈泡的成本，且其冷卻結構笨重，抵消了LED的好處。

對於燈泡應用，導熱僅允許熱量向下傳導至該基座。老實說，這並非有效，因為燈絲將被連接至產生更多熱量的 電子產品。此外，所述電力電子保持在非常緊密的罩狀E27/GU10連接器。但該散熱將造成問題。石墨烯出色的熱傳導性已被熟知，且具高表面積。這兩個特性指出石墨烯可作為一散熱解決方案。然而，在最近幾年的有關設計顯示出幾個缺點。

美國公開案20100085713揭示橫向石墨烯可作為用於電子裝置及電路之散熱器。此整合過程，可藉由化學氣相沉積(CVD)或轉印剝離石墨烯方式生長石墨烯，但其成本高且相當複雜，而不利於商業化。石墨烯薄膜/被提出作為散熱器，例如美國公開案20130329366及美國公開案20140224466。石墨烯薄膜可由石墨烯納米片產生。藉由壓縮，石墨烯薄膜被成形。然而，所述薄膜被黏貼至熱源或散熱器上，可產生在介面之間的另一耐熱性，且會降低散熱效果。

本發明之主要目的係提供一製造具石墨烯燈絲之LED燈泡的方法，其上塗佈有石墨烯熱輻射油墨，利用石墨烯高表面積與高熱輻射的功用，以便迅速移除熱源之熱量。

本發明之另一個目係提供一製造具石墨烯燈絲之LED燈泡的方法，其具有石墨烯獨特的冷卻能力優點。

為獲得上述目的，由本發明所提供一製造具石墨烯燈絲之LED燈泡的方法，包含以下步驟：

A.提供一撓性基材，其中，所述撓性基材係為撓性印刷電路板(PCB)，具有形成在其兩側之銅線，用於電子電路及 導熱，且數個LED晶片被安裝在撓性基材的前側。

B.在LED晶片/螢光體成型之前或之後，在撓性基材的背面塗佈一石墨烯熱輻射散熱油墨，然後乾燥塗佈在所述撓性基材背面之石墨烯熱輻射散熱油墨，形成石墨烯熱輻射散熱薄膜。

C.切割所述印刷電路板(PCB)，該印刷電路板(PCB)上塗佈有一石墨烯熱輻射散熱薄膜，以形成數個石墨烯燈絲。

D.固定所述數個石墨烯燈絲至一燈泡內，其中，該石墨烯燈絲可被彎曲在一個曲度或弧形形狀。

優選的是，所述撓性基材具有形成在其兩側之銅線，用於電子電路和導熱及熱傳導，且LED晶片被安裝在所述撓性基材的前側。

優選的是，在LED晶片/螢光體成型之前或之後，所述石墨烯熱輻射散熱油墨被塗佈在撓性基材的後側，然後將其乾燥。

優選的是，該石墨烯熱輻射散熱油墨係包括石墨烯，熱輻射散熱填料，分散劑及粘合劑，以便使所述石墨烯熱輻射散熱油墨具多方向性的熱輻射能力，以便散熱。

優選的是，所述石墨烯熱輻射散熱膜可將石墨烯熱輻射散熱油墨，藉由噴塗，刷塗，網版印刷，及噴嘴印刷之任一項製成。

優選的是，所述石墨烯燈絲可被彎曲在一個曲度或 弧形形狀。

優選的是，所述熱輻射散熱填料係為碳材料，金屬粒子，及遠紅外線輻射粉末。

優選的是，所述碳材料包括石墨烯，碳黑，石墨，碳納米管，活性炭。

優選的是，所述金屬顆粒包括銅，鎳，鋅，鐵，鈷，銀，金，鉑和它們的合金。

優選的是，所述遠紅外線輻射粉末包括二氧化矽，氧化鋁，二氧化鈦，氧化鋯，碳化鋯，碳化矽，碳化鉭，二硼化鈦，二硼化鋯，二矽化鈦，氮化矽，氮化鈦，氮化硼。

本發明之標的利用較佳實施例可更詳細地被解釋如下：第1及2圖顯示出石墨烯散熱薄膜沉積在聚對苯二甲酸乙酯(PET)的基材上，且所述石墨烯散熱薄膜的熱傳導率是在40至90瓦/mk室溫下的範圍內。

第3至9圖顯示出依據本發明一較佳實施利之一製造具石墨烯燈絲之LED燈泡的方法。

第10A至10C圖顯示出依據本發明一較佳實施利塗覆在不同基材上之石墨烯熱輻射散熱膜，展現更佳的散熱能力。

第11圖顯示出依據本發明一較佳實施利之一巨大之散熱路徑，其內之石墨烯熱輻射塗層具明顯的散熱效果。該末端 溫度具有且不具有石墨烯熱輻射塗層，且具有從熱圖像所測量之6度溫差，具有很大的散熱效果。

第12圖顯示依據本發明一較佳實施利之製造具石墨烯燈絲之LED燈泡方法的測試結果。

參閱第1至2圖，一石墨烯散熱薄膜係沉積在聚對苯二甲酸乙酯(PET)基材上，且所述石墨烯散熱薄膜的熱導率被發現在室溫下介於40至90瓦/mk之範圍內，可提供比塑膠材料達到比600×更高的導熱率。因此，一具石墨烯燈絲之LED燈泡係由石墨烯散熱薄膜製成，可迅速移除熱源之熱量。

參閱第3至9圖，依據本發明一較佳實施利之一製造具石墨烯燈絲之LED燈泡方法，包括以下步驟：

A.提供一撓性基材，例如，撓性印刷電路板(PCB)；在所述基板兩面形成不僅可用於電子電路，且可用於熱傳導之金屬線。數個LED晶片被固定在其前側。第3至5圖顯示所述過程。第3圖顯示出所述撓性基材之前側(左側)及後側(右側)具電路。LED被再黏合至所述前側(第4圖)。而後，應用螢光體成型(第5圖)。在LED晶片/螢光體成型之前或之後，在撓性基材後側塗佈所述石墨烯熱輻射散熱油墨，然後將其乾燥形成石墨烯熱輻射散熱薄膜，製成石墨烯燈絲。另外，石墨烯燈絲可被彎曲在一個曲度或弧形形狀。

B.塗佈石墨烯熱輻射散熱油墨於撓性基材背面，例 如，撓性印刷電路板(PCB)，如第6圖所示。在LED晶片/螢光體成型之前或之後，應用塗佈過程，且已傳統乾燥過程進行乾燥。這種後處理不僅可以預防昂貴及複雜的處理過程，例如，化學氣相沉積(CVD)，且還可消除笨重的散熱片或重燈泡金屬外殼。在本發明中之石墨烯熱輻射散熱油墨包括，石墨烯，熱輻射散熱填料，分散劑，及粘合劑，可利用高面積之輻射效應。熱輻射散熱填料可以是碳材料(例如，石墨烯，炭黑，石墨，碳納米管，活性炭)，金屬粒子(例如，銅，鎳，鋅，鐵，鈷，銀，金，鉑和它們的合金)，及遠外線輻射粉末(例如，二氧化矽，氧化鋁，二氧化鈦，氧化鋯，碳化鋯，碳化矽，碳化鉭，二硼化鈦，二硼化鋯，二矽化鈦，氮化矽，氮化鈦，氮化硼N)。該塗佈可藉噴塗，刷塗，網版印刷，及噴嘴印刷之任一項實現。

C.切割所述印刷電路板(PCB)，其上塗佈有石墨烯熱輻射散熱膜，以形成數個石墨烯燈絲。由於事先在大面積進行塗佈，切割石墨燈絲，在其背面均勻塗佈石墨烯熱輻射散熱膜而無間隙，如第7及8圖所示。

D.固定複數石墨燈絲至一燈泡內，如第9圖所述。因石墨燈絲的基材為撓性，故可不依據正交垂直方向，將燈絲固定至燈泡。所述燈絲可被彎曲在一個曲度或弧形形狀，達到各種燈絲陣列設計。

石墨烯燈絲結構可整合金屬的高熱傳導及石墨烯的多向性熱輻射散熱能力。在燈絲上藉LED產生的熱量被固定至每 一LED晶片下方。藉由此設計，熱可被快速傳送至金屬外，並藉由石墨烯散佈至表面以增加散熱面積。此外，在本發明之石墨烯熱輻射散熱油墨具有散熱效果，可有效地散熱。

如第10A至10C圖所示，塗佈在石墨烯熱輻射散熱膜之不同基材顯示出優異的散熱能力。與無石墨烯膜塗佈之純基材相比，紅外線圖像清楚顯示石墨烯熱輻射薄膜在所有三個基材，銅，鋁，及聚對苯二甲酸乙二醇聚酯(PET)上出色的散熱能力。根據本發明的較佳實施例，藉由塗佈石墨烯熱輻射散熱塗層，在LED陣列上之燈絲的高熱點可以有效地被緩解。

在我們的燈泡及我們的發明中，我們發現我們的石墨烯熱輻射散熱膜的熱輻射效果。如第11圖所示，熱圖像試驗顯示，左側的基材在散熱路徑中間有塗佈石墨烯熱輻射散熱膜；而右側的基材為無塗佈的對照組。熱輻射計檢測顯示左側具石墨烯熱輻射散熱膜的基材具明顯的降溫結果，二端部的溫度差為6℃，這表示石墨烯熱輻射散熱膜的有效將熱以輻射方式移除，具有優異的散熱能力。因此，在LED燈泡內之石墨烯燈絲能通過輻射空間/空氣，散熱遠離從未發明的路徑。

參閱第12圖，所述具石墨烯燈絲之LED燈泡係依據LED一千小時燃燒的數據被測試，並藉由指數回歸發現LED壽命。該數據顯示本發明較佳實施例之LED燈泡可改進其壽命。

Claims (10)

1. 一製造具石墨烯燈絲之LED燈泡的方法，包含以下步驟：A.提供一撓性基材，其中，所述撓性基材係為撓性印刷電路板(PCB)，具有形成在其兩側之銅線，用於電子電路及導熱，且數個LED晶片被安裝在撓性基材的前側；B.在LED晶片/螢光體成型之前或之後，在撓性基材的背面塗佈一石墨烯熱輻射散熱油墨，然後乾燥塗佈在所述撓性基材背面之石墨烯熱輻射散熱油墨，形成一石墨烯熱輻射散熱薄膜；C.切割所述印刷電路板(PCB)，該印刷電路板(PCB)上塗佈有該石墨烯熱輻射散熱薄膜，以形成數個石墨烯燈絲；以及D.固定所述數個石墨烯燈絲至一燈泡內，其中，該石墨烯燈絲被彎曲在一個曲度或弧形形狀。
2. 如請求項1項所述之製造具石墨烯燈絲之LED燈泡的方法，其中，所述撓性基材具有形成在其兩側之銅線，用於電子電路和導熱及熱傳導，且LED晶片被安裝在所述撓性基材的前側。
3. 如請求項1項所述之製造具石墨烯燈絲之LED燈泡的方法，其中，在LED晶片/螢光體成型之前或之後，所述石墨烯熱輻射散熱油墨被塗佈在撓性基材的後側，然後將其乾燥。
4. 如請求項1項所述之製造具石墨烯燈絲之LED燈泡的方法，其中，該石墨烯熱輻射散熱油墨係包括石墨烯，熱輻射散熱填料，分散劑及粘合劑，以便使所述石墨烯熱輻射散熱油墨具多向性熱輻射能力，以便散熱。
5. 如請求項1項所述之製造具石墨烯燈絲之LED燈泡的方法，其中，所述石墨烯熱輻射散熱膜可將石墨烯熱輻射散熱油墨，藉由 噴塗，刷塗，網版印刷，及噴嘴印刷之任一項製成。
6. 如請求項1項所述之製造具石墨烯燈絲之LED燈泡的方法，其中，所述石墨烯燈絲可被彎曲在一個曲度或弧形形狀。
7. 如請求項1項所述之製造具石墨烯燈絲之LED燈泡的方法，其中，所述熱輻射散熱填料係為碳材料，金屬粒子，及遠紅外線輻射粉末。
8. 如請求項7項所述之製造具石墨烯燈絲之LED燈泡的方法，其中，所述碳材料包括石墨烯，碳黑，石墨，碳納米管，活性炭。
9. 如請求項7項所述之製造具石墨烯燈絲之LED燈泡的方法，其中，所述金屬顆粒包括銅，鎳，鋅，鐵，鈷，銀，金，鉑和它們的合金。
10. 如請求項7項所述之製造具石墨烯燈絲之LED燈泡的方法，其中，所述遠紅外線輻射粉末包括二氧化矽，氧化鋁，二氧化鈦，氧化鋯，碳化鋯，碳化矽，碳化鉭，二硼化鈦，二硼化鋯，二矽化鈦，氮化矽，氮化鈦，氮化硼。